Ультразвуковой контроль - Ultrasonic testing

Пример ультразвукового контроля (УЗ) на ножках лопаток V2500 IAE самолет двигатель.
Шаг 1: UT-зонд помещается в корень лезвия обследоваться с помощью специального бороскоп инструмент (видеозонд).
Шаг 2: Настройки прибора введены.
Шаг 3: Датчик сканирует основание лопасти. В этом случае индикация (пик данных) через красную линию (или затвор) указывает на исправное лезвие; Индикация слева от этого диапазона указывает на трещину.

Принцип ультразвукового контроля. СЛЕВА: зонд посылает звуковую волну в исследуемый материал. Есть два показания, одно от начального импульса датчика, а второе - от эхо-сигнала от задней стенки. СПРАВА: Дефект создает третью индикацию и одновременно уменьшает амплитуду индикации задней стенки. Глубина дефекта определяется соотношением D/E_п

Ультразвуковой контроль (UT) - это семья неразрушающий контроль методы, основанные на распространении ультразвуковой волны в исследуемом объекте или материале. В наиболее распространенных приложениях UT очень короткие ультразвуковые импульсные волны с центральными частотами в диапазоне от 0,1 до 15 МГц, а иногда и до 50 МГц, передаются в материалы для обнаружения внутренних дефектов или определения характеристик материалов. Типичный пример: ультразвуковое измерение толщины, который проверяет толщину объекта испытаний, например, для контроля трубопроводов коррозия.

Ультразвуковой контроль часто выполняется на стали и других изделиях. металлы и сплавов, хотя его также можно использовать на конкретный, дерево и композиты, хотя и с меньшим разрешением. Он используется во многих отраслях промышленности, включая стальное и алюминиевое строительство, металлургию, производство, аэрокосмический, автомобильный и другие транспорт секторов.

История

27 мая 1940 г. американский исследователь д-р. Флойд Файерстоун из университет Мичигана подает заявку на патент США на изобретение первого практического метода ультразвукового контроля. Патент был выдан 21 апреля 1942 г. как патент США № 2280226, озаглавленный «Устройство для обнаружения дефектов и измерительный прибор». Выдержки из первых двух параграфов патента на этот совершенно новый метод неразрушающего контроля кратко описывают основы такого ультразвукового контроля. «Мое изобретение относится к устройству для обнаружения наличия неоднородностей плотности или упругости в материалах. Например, если в отливке есть отверстие или трещина внутри, мое устройство позволяет обнаруживать наличие дефекта и определять его положение, даже если дефект полностью находится внутри отливки и никакая его часть не выходит на поверхность ... Общий принцип моего устройства состоит в посылке высокочастотных вибраций в проверяемую деталь и определении временных интервалов приход прямых и отраженных колебаний на одну или несколько станций на поверхности детали ».

Джеймс Ф. Макналти (радиоинженер США) из Automation Industries, Inc., затем в Эль-Сегундо, Калифорния, один из первых усовершенствовавший многие недостатки и ограничения этого и других методов неразрушающего контроля, более подробно рассказывает об ультразвуковом контроле в своем патенте США 3260105 (заявка подана 21 декабря 2010 г.) 1962 г., выдано 12 июля 1966 г. под названием «Устройство и метод ультразвукового контроля»), что «в основном ультразвуковой контроль выполняется путем применения к пьезоэлектрическому кристаллу. преобразователь периодические электрические импульсы ультразвуковой частоты. Кристалл вибрирует с ультразвуковой частотой и механически связан с поверхностью испытываемого образца. Это соединение может быть осуществлено путем погружения как преобразователя, так и образца в жидкость или путем фактического контакта через тонкую пленку жидкости, например, масла. Ультразвуковые колебания проходят через образец и отражаются от любых неровностей, которые могут встретиться. Отраженные эхо-импульсы принимаются тем же или другим преобразователем и преобразуются в электрические сигналы, указывающие на наличие дефекта ». Чтобы охарактеризовать микроструктурные особенности на ранних стадиях повреждения вследствие усталости или ползучести, следует использовать более совершенные нелинейные ультразвуковые испытания. Эти нелинейные методы основаны на том факте, что интенсивная ультразвуковая волна искажается, когда сталкивается с микроповреждениями в материале.^[1] Интенсивность искажения коррелирует с уровнем повреждения. Эту интенсивность можно количественно определить с помощью параметра акустической нелинейности (β). β относится к амплитудам первой и второй гармоник. Эти амплитуды можно измерить путем гармонического разложения ультразвукового сигнала с помощью быстрого преобразования Фурье или вейвлет-преобразования.^[2]

Как это устроено

На строительной площадке техник проверяет трубопровод сваривать на дефекты с помощью ультразвукового фазированная решетка инструмент. Сканер, состоящий из рамы с магнитными колесами, удерживает датчик в контакте с трубой с помощью пружины. Влажная зона - это ультразвуковая связка, которая позволяет звуку проходить в стенку трубы.

Неразрушающий контроль поворотного вала, показывающий сплайн треск

При ультразвуковом тестировании ультразвуковое преобразователь подключенный к диагностической машине передается над обследуемым объектом. Преобразователь обычно отделяется от тестового объекта связующее вещество (например, масло) или водой, как при испытании погружением. Однако, когда ультразвуковое исследование проводится с Электромагнитный акустический преобразователь (ЭМАП) использование связующего не требуется.

Есть два метода приема ультразвуковой волны: отражение и затухание. В режиме отражения (или эхо-импульса) преобразователь выполняет как отправку, так и прием импульсных волн, поскольку «звук» отражается обратно в устройство. Отраженный ультразвук исходит от поверхности раздела, например, от задней стенки объекта или от несовершенства внутри объекта. Диагностический аппарат отображает эти результаты в виде сигнала с амплитуда представляет интенсивность отражения и расстояние, представляющее время прибытия отражения. В режиме затухания (или сквозной передачи) передатчик посылает ультразвук через одну поверхность, а отдельный приемник определяет количество, которое достигло его на другой поверхности после прохождения через среду. Дефекты или другие условия в пространстве между передатчиком и приемником уменьшают количество передаваемого звука, таким образом обнаруживая их присутствие. Использование связующего увеличивает эффективность процесса за счет уменьшения потерь энергии ультразвуковой волны из-за разделения между поверхностями.

Функции

Преимущества

Высокая проникающая способность, что позволяет обнаруживать дефекты глубоко в детали.
Высокая чувствительность, позволяющая обнаруживать очень мелкие дефекты.
Во многих случаях должна быть доступна только одна поверхность.
Более высокая точность по сравнению с другими неразрушающими методами определения глубины внутренних дефектов и толщины деталей с параллельными поверхностями.
Некоторая возможность оценки размера, ориентации, формы и характера дефектов.
Некоторая возможность оценки структуры сплавов компонентов с различными акустическими свойствами.
Не опасен для работы или для находящегося поблизости персонала и не влияет на оборудование и материалы в непосредственной близости.
Возможна портативная или высокоавтоматизированная работа.
Результаты сразу же. Следовательно, решения могут быть приняты на месте.

Недостатки

Ручное управление требует внимательного отношения опытных специалистов. Преобразователи сигнализируют как о нормальной структуре некоторых материалов, допустимых аномалиях других образцов (и то, и о другом, называемых «шумом»), так и о достаточно серьезных дефектах, нарушающих целостность образца. Эти сигналы должен различать квалифицированный специалист, что может потребовать применения других методов неразрушающего контроля.^[3]
Для разработки процедур проверки требуются обширные технические знания.
Детали, которые являются грубыми, неправильной формы, очень маленькими или тонкими или неоднородными, трудно проверить.
Поверхность должна быть подготовлена путем очистки и удаления рыхлой окалины, краски и т. Д., Хотя краска, которая должным образом приклеилась к поверхности, удалять не нужно.
Муфты необходимы для обеспечения эффективной передачи энергии ультразвуковой волны между преобразователями и контролируемыми деталями, если не используется бесконтактный метод. Бесконтактные методы включают лазерные и электромагнитно-акустические преобразователи (EMAT ).

Стандарты

Международная организация по стандартизации (ISO)

ISO 2400: Неразрушающий контроль. Ультразвуковой контроль. Технические условия на калибровочный блок №1. (2012)
ISO 7963: Неразрушающий контроль. Ультразвуковой контроль. Технические условия на калибровочный блок № 2. (2006)
ISO 10863: Неразрушающий контроль сварных швов - Ультразвуковой контроль - Использование метода времяпролетной дифракции (TOFD) (2011)
ISO 11666: Неразрушающий контроль сварных швов - Ультразвуковой контроль - Уровни приемки (2010)
ISO 16809: Неразрушающий контроль - Ультразвуковое измерение толщины (2012)
ISO 16831: Неразрушающий контроль - Ультразвуковой контроль - Определение характеристик и проверка ультразвукового оборудования для измерения толщины (2012)
ISO 17640: Неразрушающий контроль сварных швов. Ультразвуковой контроль. Методы, уровни контроля и оценка. (2010)
ISO 22825, Неразрушающий контроль сварных швов - Ультразвуковой контроль - Контроль сварных швов аустенитных сталей и сплавов на никелевой основе (2012)
ISO 5577: Неразрушающий контроль. Ультразвуковой контроль. Словарь. (2000)

Европейский комитет по стандартизации (CEN)

EN 583, Неразрушающий контроль - Ультразвуковое исследование
EN 1330-4, Неразрушающий контроль - Терминология - Часть 4: Термины, используемые в ультразвуковом контроле
EN 12668-1, Неразрушающий контроль. Характеристики и проверка оборудования для ультразвукового исследования. Часть 1. Инструменты.
EN 12668-2, Неразрушающий контроль. Характеристики и проверка оборудования для ультразвукового исследования. Часть 2. Зонды.
EN 12668-3, Неразрушающий контроль. Характеристика и проверка оборудования для ультразвукового исследования. Часть 3. Комбинированное оборудование.
EN 12680, Основание - Ультразвуковое обследование
EN 14127, Неразрушающий контроль - Ультразвуковое измерение толщины

(Примечание: часть стандартов CEN в Германии принята как DIN EN, в Чешской Республике как CSN EN.)

Смотрите также

дальнейшее чтение

Альберт С. Биркс, Роберт Э. Грин младший, технические редакторы; Пол Макинтайр, редактор. Ультразвуковой контроль, 2-е изд. Колумбус, Огайо: Американское общество неразрушающего контроля, 1991. ISBN 0-931403-04-9.
Йозеф Крауткремер, Герберт Крауткремер. Ультразвуковой контроль материалов, 4-я полностью перераб. изд. Берлин; Нью-Йорк: Springer-Verlag, 1990. ISBN 3-540-51231-4.
Дж. К. Друри. Ультразвуковая дефектоскопия для технических специалистов, 3-е изд., Великобритания: Silverwing Ltd. 2004. (См. Глава 1 онлайн (PDF, 61 kB)).
Справочник по неразрушающему контролю, Третье изд .: Том 7, Ультразвуковой контроль. Колумбус, Огайо: Американское общество неразрушающего контроля.
Обнаружение и определение местоположения дефектов в электронных устройствах с помощью сканирующей ультразвуковой микроскопии и измерения вейвлет-преобразования, Том 31, Выпуск 2, март 2002, страницы 77–91, Л. Ангрисани, Л. Бечу, Д. Даллет, П. Дапонте, Ю. Остен
Шарль Хелье (2003). «Глава 7 - Ультразвуковой контроль». Справочник по неразрушающей оценке. Макгроу-Хилл. ISBN 978-0-07-028121-9.

[1] Matlack, K. H .; Kim, J.-Y .; Джейкобс, Л. Дж .; Цюй, Дж. (2015-03-01). «Обзор методов измерения генерации второй гармоники для определения состояния материалов в металлах». Журнал неразрушающей оценки. 34 (1): 273. Дои:10.1007 / s10921-014-0273-5. ISSN 0195-9298. S2CID 39932362.

[2] Мостави, Амир; Камали, негар; Тегерани, Нилофар; Чи, Шэн-Вэй; Озевин, Дидем; Индакочеа, Дж. Эрнесто (2017). «Вейвлет-разложение ультразвукового сигнала на гармоники при оценке пластической деформации алюминия». Измерение. 106: 66–78. Дои:10.1016 / j.measurement.2017.04.013.

[3] Патент США 3260105 на устройство и метод ультразвукового контроля, выданный Джеймсу Ф. Макналти в строках 37-48 и 60-72 столбца 1 и строках 1-4 столбца 2.

[1]

[2]

[3]